KR20100036385A - Catalyst layer, membrane electrode assembly and fuel cell - Google Patents

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KR20100036385A
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Abstract

Disclosed is a catalyst layer using an electrode catalyst having high oxygen reducing ability, which is useful as a substitute for a platinum catalyst. Also disclosed is a use of such a catalyst layer. Specifically disclosed is a catalyst layer comprising an electrode base and an electrode catalyst formed on the surface of the electrode base and composed of a metal compound which is obtained by hydrolyzing a metal salt or a metal complex.

Description

촉매층, 막 전극 접합체 및 연료 전지{CATALYST LAYER, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL}Catalytic layer, membrane electrode assembly and fuel cell {CATALYST LAYER, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL}

본 발명은 촉매층, 막 전극 접합체 및 연료 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst layer, a membrane electrode assembly and a fuel cell.

종래, 연료 전지의 캐소드(공기극) 표면이나, 애노드(연료극) 표면에는, 전극용의 촉매(이하「전극 촉매」라고도 기재함)를 포함하는 층(이하「촉매층」이라고도 기재함)이 형성되어 있었다.Conventionally, a layer (hereinafter also referred to as a "catalyst layer") containing a catalyst for an electrode (hereinafter also referred to as an "electrode catalyst") has been formed on a cathode (air electrode) surface and an anode (fuel electrode) surface of a fuel cell. .

이 전극 촉매로서, 높은 전위에서 안정적이고, 촉매능이 높은 백금 촉매가 사용되어 왔다. 그러나, 백금은 가격이 높고, 또한 자원량이 한정되어 있기 때문에, 대체 가능한 촉매의 개발이 요구되고 있었다.As this electrode catalyst, a platinum catalyst which is stable at high potential and has high catalytic ability has been used. However, since platinum has a high price and a limited amount of resources, development of a replaceable catalyst has been required.

백금 촉매를 대신하는 캐소드에 사용하는 전극 촉매로서, 금속 산화물 전극 촉매가 최근 착안되어 있다. 금속 산화물은, 일반적으로 산성 전해질 중이나 고전위에서 부식되지 않아서 안정적이다. 또한, 금속 산화물을 사용하여 전극 표면에 전극 촉매의 층을 형성함으로써, 전극 자체가 안정적으로 존재할 수 있다.As an electrode catalyst used for a cathode replacing the platinum catalyst, a metal oxide electrode catalyst has been recently conceived. Metal oxides are generally stable because they do not corrode in acidic electrolytes or in high potentials. In addition, by forming a layer of the electrode catalyst on the surface of the electrode using a metal oxide, the electrode itself can be stably present.

예를 들어 특허 문헌 1(일본 특허 공개 제2004-95263호 공보)에서는, 금속 산화물을 사용한 전극 촉매로서, WO3, TiO2, ZrO2, PtO, Sb2O4 혹은 Sb2O3를 포함하는 연료 전지용 촉매가 제안되어 있다. 그러나, 상기 연료 전지용 촉매는, 백금을 병용하는 것을 상정하고 있어, 아직 개선의 여지가 있었다.For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-95263) discloses an electrode catalyst using a metal oxide, including WO 3 , TiO 2 , ZrO 2 , PtO, Sb 2 O 4, or Sb 2 O 3 . A fuel cell catalyst has been proposed. However, the fuel cell catalyst is supposed to use platinum in combination, and there is still room for improvement.

또한, 특허 문헌 2(일본 특허 공개 제2005-63677호 공보)에서는, 산화루테늄, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화망간, 산화코발트, 산화니켈 혹은 산화텅스텐을 전극 촉매로서 사용한 연료 전지가 제안되어 있다. 그러나, 이들의 금속 산화물을 사용한 전극 촉매에는, 산소 환원능이 낮다는 문제점이 있었다.Further, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-63677) proposes a fuel cell using ruthenium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, or tungsten oxide as an electrode catalyst. However, the electrode catalyst using these metal oxides has a problem that the oxygen reduction ability is low.

일본특허공개제2004-95263호공보Japanese Patent Laid-Open No. 2004-95263 일본특허공개제2005-63677호공보Japanese Patent Laid-Open No. 2005-63677

본 발명은 이러한 종래 기술에 있어서의 문제점의 해결을 과제로 하고 있고, 본 발명의 목적은, 높은 산소 환원능을 갖는 전극 촉매를 포함하는 촉매층, 상기 층을 포함하는 막 전극 접합체, 및 연료 전지를 제공하는 것에 있다.The present invention aims to solve the problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a catalyst layer comprising an electrode catalyst having a high oxygen reduction ability, a membrane electrode assembly including the layer, and a fuel cell. It is to offer.

본 발명자들은, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 특정의 제조 방법에 의해 얻어진 금속 화합물로 형성되는 전극 촉매가 높은 산소 환원능을 갖고, 촉매층에 적절하게 사용할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하는데 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnestly examining in order to solve the problem of the said prior art, it discovered that the electrode catalyst formed from the metal compound obtained by the specific manufacturing method has a high oxygen reduction ability, and can be used suitably for a catalyst layer, The present invention has been accomplished.

본 발명은, 예를 들어 이하의 (1) 내지 (14)에 관한 것이다.This invention relates to the following (1)-(14), for example.

(1)(One)

금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하여 얻어지는 금속 화합물로 형성되는 전극 촉매를 포함하는 촉매층.A catalyst layer comprising an electrode catalyst formed of a metal compound obtained by hydrolyzing a metal salt or a metal complex.

(2)(2)

상기 전극 촉매를 구성하는 금속 원소가, 니오븀, 티타늄, 탄탈 및 지르코늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속 원소인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 촉매층.The catalyst layer according to (1), wherein the metal element constituting the electrode catalyst is one metal element selected from the group consisting of niobium, titanium, tantalum, and zirconium.

(3)(3)

상기 전극 촉매를 구성하는 금속 원소가 니오븀 또는 티타늄인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 촉매층.The catalyst layer according to (1), wherein the metal element constituting the electrode catalyst is niobium or titanium.

(4)(4)

상기 전극 촉매가 분말인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 촉매층.The catalyst layer according to any one of (1) to (3), wherein the electrode catalyst is a powder.

(5)(5)

상기 금속염이, 금속 알콕시드, 금속 카르복실산염 및 금속 할로겐화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속염인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 촉매층.Said metal salt is 1 type of metal salts chosen from the group which consists of a metal alkoxide, a metal carboxylate, and a metal halide, The catalyst layer in any one of (1)-(4) characterized by the above-mentioned.

(6)(6)

상기 전극 촉매의 BET 비표면적이 1 내지 1000㎡/g의 범위인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 촉매층.BET specific surface area of the said electrode catalyst is the range of 1-1000 m <2> / g, The catalyst layer in any one of (1)-(5) characterized by the above-mentioned.

(7)(7)

상기 전극 촉매의 이온화 포텐셜이 4.9 내지 5.5eV의 범위인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 촉매층.The catalyst layer according to any one of (1) to (6), wherein the ionization potential of the electrode catalyst is in the range of 4.9 to 5.5 eV.

(8)(8)

상기 전극 촉매가, 상기 금속 화합물을 해쇄함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 촉매층.The catalyst layer according to any one of (1) to (7), wherein the electrode catalyst is obtained by disintegrating the metal compound.

(9)(9)

상기 전극 촉매가, 상기 금속 화합물을 열처리함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 촉매층.The said electrode catalyst is obtained by heat-processing the said metal compound, The catalyst layer in any one of (1)-(8) characterized by the above-mentioned.

(10)10

상기 열처리에 있어서, 열처리 온도가 400 내지 1200℃인 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 촉매층.In the heat treatment, the heat treatment temperature is 400 to 1200 ° C, the catalyst layer according to (9).

(11)(11)

전자 전도성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 촉매층.The catalyst layer according to any one of (1) to (10), further comprising electron conductive particles.

(12)(12)

캐소드와, 애노드와, 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 배치되는 전해질막을 갖는 막 전극 접합체이며,A membrane electrode assembly having a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode,

상기 캐소드는 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 촉매층을 갖는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.The said cathode has a catalyst layer in any one of (1)-(11), The membrane electrode assembly characterized by the above-mentioned.

(13)(13)

(12)에 기재된 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to (12).

(14)(14)

고체 고분자형 연료 전지인 것을 특징으로 하는 (13)에 기재된 연료 전지.It is a solid polymer fuel cell, The fuel cell as described in (13) characterized by the above-mentioned.

본 발명의 촉매층은 특정의 전극 촉매를 포함하고, 상기 전극 촉매는 높은 산소 환원능을 갖고, 산성 전해질 중에 있어서 고전위 조건이어도 부식되기 어려워 안정적이다.The catalyst layer of the present invention contains a specific electrode catalyst, and the electrode catalyst has a high oxygen reducing ability, and is stable even in a high acid condition in an acidic electrolyte because it is difficult to corrode.

도 1은 실시예 1의 연료 전지용 전극 (1)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 2는 실시예 1의 전극 촉매 (1)의 XRD 스펙트럼.
도 3은 실시예 2의 연료 전지용 전극 (2)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 4는 실시예 3의 연료 전지용 전극 (3)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 5는 실시예 3의 전극 촉매 (3)의 XRD 스펙트럼.
도 6은 실시예 4의 연료 전지용 전극 (4)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 7은 실시예 4의 전극 촉매 (4)의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 8은 실시예 5의 연료 전지용 전극 (5)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 9는 실시예 5의 전극 촉매 (5)의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 10은 실시예 6의 연료 전지용 전극 (6)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 11은 실시예 6의 전극 촉매 (6)의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 12는 실시예 7의 연료 전지용 전극 (7)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 13은 실시예 7의 전극 촉매 (7)의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 14는 실시예 8의 연료 전지용 전극 (8)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 15는 실시예 8의 전극 촉매 (8)의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 16은 실시예 9의 연료 전지용 전극 (9)의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 17은 실시예 9의 전극 촉매 (9)의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 18은 비교예 1의 연료 전지용 전극의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 19는 비교예 1의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 20은 비교예 2의 연료 전지용 전극의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 21은 비교예 2의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 22는 비교예 3의 연료 전지용 전극의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 23은 비교예 3의 전극 촉매의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 24는 비교예 4의 연료 전지용 전극의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 25는 비교예 4의 전극 촉매의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 26은 비교예 5의 연료 전지용 전극의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 27은 비교예 5의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 28은 비교예 6의 연료 전지용 전극의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 29는 비교예 6의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 30은 비교예 7의 연료 전지용 전극의 산소 환원능을 평가한 그래프.
도 31은 비교예 7의 전극 촉매의 XRD 스펙트럼.
도 32는 실시예 1의 전극 촉매 (1)의 전극 촉매의 이온화 포텐셜을 측정한 도면.
1 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 1 of Example 1. FIG.
2 is an XRD spectrum of the electrode catalyst (1) of Example 1. FIG.
3 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 2 of Example 2. FIG.
4 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 3 of Example 3. FIG.
5 is an XRD spectrum of the electrode catalyst (3) of Example 3. FIG.
6 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 4 of Example 4. FIG.
7 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst (4) of Example 4. FIG.
8 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 5 of Example 5. FIG.
9 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst (5) of Example 5. FIG.
10 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 6 of Example 6. FIG.
11 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst 6 of Example 6. FIG.
12 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 7 of Example 7. FIG.
13 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst 7 of Example 7. FIG.
14 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 8 of Example 8. FIG.
15 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst 8 of Example 8. FIG.
16 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 9 of Example 9. FIG.
17 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst (9) of Example 9. FIG.
18 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode of Comparative Example 1. FIG.
19 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of Comparative Example 1. FIG.
20 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode of Comparative Example 2. FIG.
21 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of Comparative Example 2. FIG.
22 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode of Comparative Example 3. FIG.
23 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst of Comparative Example 3. FIG.
24 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode of Comparative Example 4. FIG.
25 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of the electrode catalyst of Comparative Example 4. FIG.
26 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode of Comparative Example 5. FIG.
27 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of Comparative Example 5. FIG.
28 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode of Comparative Example 6. FIG.
29 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of Comparative Example 6. FIG.
30 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode of Comparative Example 7. FIG.
31 is an XRD spectrum of an electrode catalyst of Comparative Example 7.
32 is a diagram showing the ionization potential of the electrode catalyst of the electrode catalyst (1) of Example 1. FIG.

[촉매층][Catalyst layer]

본 발명의 촉매층은, 금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하여 얻어지는 금속 화합물로 형성되는 전극 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.The catalyst layer of this invention is characterized by including the electrode catalyst formed from the metal compound obtained by hydrolyzing a metal salt or a metal complex.

전극 촉매를 구성하는 금속 원소로서는, 촉매능을 발현하기 쉬운 전이 금속이 바람직하다. 전이 금속 중에서도 산성 용액 중에서 전기 화학적으로 안정적인 주기율표 제IVa족, Va족의 전이 금속 원소가 더 바람직하고, 니오븀, 티타늄, 탄탈 및 지르코늄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 전이 금속 원소가 보다 바람직하다. 원료가 입수되기 쉬운 점에서 니오븀 또는 티타늄이 특히 바람직하다.As a metal element which comprises an electrode catalyst, the transition metal which is easy to express catalytic capability is preferable. Among the transition metals, transition metal elements of the periodic table Group IVa and Va which are electrochemically stable in acidic solution are more preferable, and one transition metal element selected from the group consisting of niobium, titanium, tantalum and zirconium is more preferable. Niobium or titanium is particularly preferable because raw materials are easy to obtain.

본 발명에서 사용하는 금속염 또는 금속 착체로서는, 예를 들어 금속 알콕시드, 금속 카르복실산염, 금속 할로겐화물 및 금속 아세틸아세토네이트 착체를 들 수 있다. 그 중에서도, 금속 알콕시드, 금속 카르복실산염 및 금속 할로겐화물을 포함하는 적어도 1종의 금속염을 사용하는 것이 저렴하고 가수 분해하기 쉬우므로 바람직하다.As a metal salt or metal complex used by this invention, a metal alkoxide, a metal carboxylate, a metal halide, and a metal acetylacetonate complex are mentioned, for example. Especially, it is preferable to use at least 1 sort (s) of metal salt containing a metal alkoxide, a metal carboxylate, and a metal halide, since it is inexpensive and easy to hydrolyze.

금속 알콕시드로서는, 에폭시드, 프로폭시드, 이소프로폭시드, 부톡시드, 이소부톡시드 등의 저급 알콕시드가 바람직하다. 금속 카르복실산염으로서는, 아세트산염, 프로피온산염 등의 저급 지방산염이 바람직하다. 또한 금속 할로겐화물로서는, 염화물이 바람직하다.As the metal alkoxide, lower alkoxides such as epoxide, propoxide, isopropoxide, butoxide and isobutoxide are preferable. As the metal carboxylate, lower fatty acid salts such as acetate and propionate are preferable. Moreover, as a metal halide, a chloride is preferable.

상기 금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하여 얻어지는 금속 화합물은 통상, 입자 표면에 수산기를 갖는 금속 산화물이며, 원료에 유래하는 알콕시기나 카르복실산기 등이 잔존하고 있어도 된다.The metal compound obtained by hydrolyzing the said metal salt or a metal complex is a metal oxide which has a hydroxyl group on the particle surface normally, and the alkoxy group, carboxylic acid group, etc. which originate in a raw material may remain.

가수 분해법은, 일반적으로 입자 내부에 물을 받아들이기 쉬운 방법이며, 표면에도 결함이 발생하기 쉽다. 상기 금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하여 얻어지는 금속 화합물은, 표면에 형성된 (산소) 결함을 갖기 때문에, 금속 화합물로 형성되는 전극 촉매는 높은 산소 환원능을 갖는다고, 본 발명자들은 추정하고 있다.The hydrolysis method is generally a method in which water is easily taken into the particles, and defects are likely to occur on the surface thereof. Since the metal compound obtained by hydrolyzing the said metal salt or a metal complex has a (oxygen) defect formed in the surface, the present inventors estimate that the electrode catalyst formed from a metal compound has high oxygen reduction ability.

(금속 화합물)(Metal compound)

본 발명에 사용하는 금속 화합물이라 함은, 금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하여 얻어지는 금속 화합물이다.The metal compound used for this invention is a metal compound obtained by hydrolyzing a metal salt or a metal complex.

금속염이나 금속 착체로서는, 상술한 것을 사용할 수 있다.As a metal salt or a metal complex, the above-mentioned thing can be used.

상기 금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하는 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 일반적으로 행하여지는 금속염이나 금속 착체의 가수 분해법이 이용된다. 본 발명의 가수 분해법에서 얻어진 금속 화합물은, 통상 입자 표면에 수산기를 갖는 금속 산화물이다. 반응을 제어함으로써, 표면 결함이 많은 금속 산화물을 얻을 수 있다.There is no restriction | limiting in particular as a method of hydrolyzing the said metal salt or a metal complex, The hydrolysis method of the metal salt or metal complex generally performed is used. The metal compound obtained by the hydrolysis method of this invention is a metal oxide which has a hydroxyl group on the particle surface normally. By controlling the reaction, a metal oxide with many surface defects can be obtained.

예를 들어, 금속 알콕시드를 원료로 하는 경우에는, 금속 알콕시드를 용제에 용해하고, 물을 첨가하여 행한다. 금속 카르복실산염을 원료로 하는 경우에는, 알칼리수를 첨가하여 행한다. 물, 알칼리 등의 투입 방법으로서는, 적하, 펌프 등에 의한 방법을 예로 들 수 있다. 소량씩 반응시키는 쪽이, 얻어지는 금속 화합물의 비표면적이 커져 바람직하다.For example, when metal alkoxide is used as a raw material, the metal alkoxide is dissolved in a solvent and water is added. When metal carboxylate is used as a raw material, alkaline water is added and performed. As an input method of water, alkali, etc., the method by dripping, a pump, etc. is mentioned. It is preferable to make small amount react, because the specific surface area of the metal compound obtained becomes large.

상기 반응은, 통상 교반하여 행한다. 교반하여 행하면, 가수 분해 반응을 균일하게 행할 수 있어, 응집되기 어려운 분말 상태의 금속 화합물이 얻어진다.The reaction is usually carried out by stirring. When it performs stirring, hydrolysis reaction can be performed uniformly and the powdery metal compound which is hard to aggregate is obtained.

반응은, 실온에서 행하여도, 냉각, 가열하여 행하여도 된다. 가열은, 얻어지는 금속 화합물의 결정성을 높이게 된다. 또한, 수산기가 탈리하여 표면에 결함이 있는 금속 산화물이 되기 쉬워 바람직하다. 냉각은, 반응이 균일해지고, 얻어지는 금속 화합물의 비표면적이 커져 바람직하다.The reaction may be performed at room temperature or may be performed by cooling and heating. Heating raises the crystallinity of the metal compound obtained. Moreover, a hydroxyl group detach | desorbs and it becomes easy to be a metal oxide with a defect on a surface, and it is preferable. Cooling is preferable because reaction becomes uniform and the specific surface area of the metal compound obtained becomes large.

또한, 반응 시간이 길수록, 얻어지는 금속 화합물의 결정성을 높이게 되어 바람직하다. 그러나, 반응 시간이 길면 공업적이지 않다. 그로 인해, 바람직한 반응 시간은 10분 내지 24시간이며, 보다 바람직하게는 30분 내지 12시간, 더욱 바람직하게는 1시간 내지 8시간이다.In addition, the longer the reaction time, the higher the crystallinity of the obtained metal compound is preferable. However, if the reaction time is long, it is not industrial. Therefore, preferable reaction time is 10 minutes-24 hours, More preferably, they are 30 minutes-12 hours, More preferably, they are 1 hour-8 hours.

또한, 금속 알콕시드, 금속 카르복실산염을 원료로 하는 경우에는, 반응 조건에 따라서는, 본 발명의 금속 화합물은, 입자 표면에, 원료에 유래하는 알콕시기나 카르복실산기가 잔존할 가능성이 있지만, 반응 시간 온도를 높게 하고, 반응 시간을 길게 하는 것이나, 후술하는 건조나 열처리에 의해, 원료에 유래하는 알콕시기나 카르복실산기 등을 제거할 수 있다.In addition, when using a metal alkoxide and a metal carboxylate as a raw material, although the alkoxy group and carboxylic acid group derived from a raw material may remain in the particle | grain surface of the metal compound of this invention depending on reaction conditions, The alkoxy group, carboxylic acid group, etc. derived from a raw material can be removed by making reaction time temperature high, lengthening reaction time, and drying and heat processing mentioned later.

상기와 같이 하여 얻어지는 금속 화합물은 통상 슬러리 상태에서 얻어진다. 이 슬러리로부터 고액 분리를 행함으로써 금속 화합물을 얻을 수 있다.The metal compound obtained as mentioned above is obtained in a slurry state normally. A metal compound can be obtained by performing solid-liquid separation from this slurry.

고액 분리에는, 입자의 침강, 농축, 여과, 세정, 건조 등의 공정에 의해 행하여지지만, 상기 공정을 모두 행할 필요는 반드시 없고, 슬러리의 성상 등에 따라서도 필요한 공정은 상이하다. 침강, 농축, 여과, 세정에 의해, 액 중에 용해되는 불순물을 제거할 수 있다. 침강 속도, 혹은 여과 속도를 바꾸기 위해 응집제나 분산제를 사용해도 된다. 상기 응집제 혹은 분산제는, 증발, 승화, 열분해 등에 의해 기체로서 제거 가능한 것이 바람직하다. 여과, 세정에 의해, 용제, 용제에 용해되어 있는 금속염, 금속 착체의 가수 분해 부생성물을 제거할 수 있다.Although solid-liquid separation is performed by processes, such as sedimentation, concentration, filtration, washing | cleaning, and drying of particle | grains, it is not necessary to perform all the said processes, The process required also depending on the property of a slurry etc. differs. Impurities dissolved in the liquid can be removed by sedimentation, concentration, filtration and washing. A flocculant or a dispersant may be used to change the sedimentation rate or the filtration rate. It is preferable that the said coagulant or dispersing agent can be removed as a gas by evaporation, sublimation, thermal decomposition, or the like. Filtration and washing can remove the solvent, the metal salt dissolved in the solvent, and the hydrolysis by-products of the metal complex.

건조는, 용제를 증발하는 공정이지만, 건조 온도에 따라서는 동시에, 입자 표면에 갖는 수산기를 탈리하여, 표면 결함이 많은 금속 화합물로 할 수 있다. 또한, 금속염, 금속 착체의 가수 분해 부생성물의 종류에 따라서는, 동시에 일부 혹은 전체 양의 불순물이나, 원료에 유래하는 알콕시기나 카르복실산기 등을 증발, 승화, 열분해 등에 의해 제거 가능하다. 건조에는, 감압 건조, 열풍 건조, 동결 건조 등의 방법이 이용된다. 건조는 통상, 실온 내지 400℃에서, 1 내지 24시간 행하여진다. 건조의 분위기는 특별히 제한은 없지만, 통상 대기 중 또는 불활성 가스 중 또는 감압 중에서 행하여진다. 입자 표면에 갖는 수산기를 탈리하여, 표면 결함이 많은 금속 산화물로 하기 위해서는, 100℃ 이상 바람직하게는 200℃ 이상으로 건조하는 것이 좋다.Although drying is a process of evaporating a solvent, depending on a drying temperature, the hydroxyl group which has on the surface of a particle | grain can be detach | desorbed and it can be set as the metal compound with many surface defects. In addition, depending on the kind of the metal salt and the hydrolysis by-product of the metal complex, some or all amounts of impurities, alkoxy groups, carboxylic acid groups and the like derived from the raw materials can be removed by evaporation, sublimation, pyrolysis, and the like. For drying, methods such as reduced pressure drying, hot air drying, and freeze drying are used. Drying is normally performed at room temperature to 400 degreeC for 1 to 24 hours. There is no restriction | limiting in particular in the drying atmosphere, Usually, it is performed in air | atmosphere, inert gas, or under reduced pressure. In order to detach | desorb the hydroxyl group which has on a particle surface, and to make metal oxide with many surface defects, it is good to dry at 100 degreeC or more, Preferably it is 200 degreeC or more.

(전극 촉매)(Electrode catalyst)

본 발명에 사용하는 전극 촉매는, 금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하여 얻어지는 금속 화합물로 형성된다. 전극 촉매로서는, 예를 들어 상술한 금속 화합물을 그대로 사용해도 되고, 금속 화합물을 열처리한 것을 사용해도 되고, 금속 화합물을 해쇄한 것을 사용해도 되고, 금속 화합물을 열처리한 것을 해쇄한 것을 사용해도 된다.The electrode catalyst used for this invention is formed from the metal compound obtained by hydrolyzing a metal salt or a metal complex. As an electrode catalyst, the above-mentioned metal compound may be used as it is, the thing which heat-treated the metal compound may be used, the thing which disintegrated the metal compound may be used, and the thing which disintegrated the thing which heat-treated the metal compound may be used.

상기 전극 촉매는 분말인 것이 바람직하다. 분말이면, 촉매 면적이 크고, 촉매능이 우수하기 때문에 바람직하다.It is preferable that the said electrode catalyst is a powder. A powder is preferable because it has a large catalyst area and excellent catalyst performance.

금속 화합물은 해쇄하는 것이 바람직하다. 해쇄함으로써 전극 촉매를 보다 미세한 분말로 할 수 있어, 전극 촉매를 포함하는 촉매층 중에 전극 촉매를 적절하게 분산할 수 있다.It is preferable to disintegrate a metal compound. By pulverizing, an electrode catalyst can be made into finer powder, and an electrode catalyst can be suitably disperse | distributed in the catalyst layer containing an electrode catalyst.

금속 화합물을 해쇄하는 방법으로서는, 예를 들어, 롤 전동 밀, 볼 밀, 매체 교반 밀, 기류 분쇄기, 유발, 조해기에 의한 방법 등을 들 수 있고, 금속 화합물을 보다 미립으로 할 수 있는 점에서는, 기류 분쇄기가 바람직하고, 소량 처리가 용이하게 되는 점에서는, 유발에 의한 방법이 바람직하다.As a method of pulverizing a metal compound, a roll electric mill, a ball mill, a medium stirring mill, an airflow grinder, a mortar, the method by a deliquescent machine, etc. are mentioned, for example, In the point which can make a metal compound more fine, An airflow pulverizer is preferable, and the method by induction is preferable at the point by which small amount processing becomes easy.

상기 전극 촉매의 BET 비표면적은, 바람직하게는 1 내지 1000㎡/g이며, 보다 바람직하게는 10 내지 100㎡/g이다. BET 비표면적이 1㎡/g보다 작으면, 촉매 면적이 작고, 1000㎡/g 보다 크면 응집되기 쉬워 취급하기 어렵다.The BET specific surface area of the electrode catalyst is preferably 1 to 1000 m 2 / g, more preferably 10 to 100 m 2 / g. When the BET specific surface area is smaller than 1 m 2 / g, the catalyst area is small, and when the BET specific surface area is larger than 1000 m 2 / g, it is easy to aggregate and difficult to handle.

또한, 본 발명에 있어서의 BET 비표면적의 값은, 시판된 BET 측정 장치로 측정 가능하고, 예를 들어, 시마즈 세이사꾸쇼 가부시끼가이샤제 마이크로메리틱스 제미니 2360을 사용하여 측정할 수 있다.In addition, the value of the BET specific surface area in this invention can be measured with a commercially available BET measuring apparatus, For example, it can measure using the micromeritics Gemini 2360 made from Shimadzu Corporation.

또한, 상기 전극 촉매의 이온화 포텐셜은, 바람직하게는 4.9 내지 5.5eV의 범위이고, 보다 바람직하게는 5.0 내지 5.4eV의 범위이며, 더욱 바람직하게는 5.1 내지 5.3eV의 범위이다. 상기 전극 촉매의 이온화 포텐셜이 상기 범위 내이면, 전극 촉매는 높은 산소 환원능을 갖는다. 상세한 것은 불분명하지만, 상기 범위 내의 이온화 포텐셜을 갖는 전극 촉매는, 상기 전극 촉매를 형성하는 금속 화합물의 전자 상태가 산소 환원에 적절한 상태로 되기 때문에, 높은 산소 환원능을 갖는다고, 본 발명자들은 추정하고 있다.The ionization potential of the electrode catalyst is preferably in the range of 4.9 to 5.5 eV, more preferably in the range of 5.0 to 5.4 eV, still more preferably in the range of 5.1 to 5.3 eV. When the ionization potential of the electrode catalyst is in the above range, the electrode catalyst has a high oxygen reduction capacity. Although the details are unclear, the electrode catalyst having an ionization potential within the above range has a high oxygen reduction ability because the electronic state of the metal compound forming the electrode catalyst becomes a state suitable for oxygen reduction, and the present inventors presume have.

또한, 본 발명에 있어서, 이온화 포텐셜은, 후술하는 실시예에 있어서의 측정 방법에 의해 얻어진 값이다.In addition, in this invention, an ionization potential is the value obtained by the measuring method in the Example mentioned later.

상기 전극 촉매는, 상술한 바와 같이 촉매능을 높이기 위해 분말인 것이 바람직하다.It is preferable that the said electrode catalyst is powder in order to raise a catalyst capability as mentioned above.

상기 전극 촉매의 분말의 입경은, BET법으로 구한 비표면적을, 분말을 구형으로 환산하여, 하기 수학식 1로부터 구할 수 있다.The particle size of the powder of the electrode catalyst can be obtained from the following equation (1) by converting the powder into a spherical shape from the specific surface area determined by the BET method.

Figure pct00001
Figure pct00001

전극 촉매의 분말의 입경: D(㎛)Particle diameter of powder of electrode catalyst: D (μm)

전극 촉매의 분말의 비중: ρ(g/㎤)Specific gravity of the powder of the electrode catalyst: ρ (g / cm 3)

전극 촉매의 분말의 BET 비표면적: S(㎡/g)BET specific surface area of the powder of the electrode catalyst: S (m 2 / g)

또한, 전극 촉매로서는 상기 금속 화합물을 열처리한 것을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to use what heat-treated the said metal compound as an electrode catalyst.

열처리는, 금속 화합물의 결정성을 향상시키기 위해 행하여지지만, 동시에, 불순물을 증발, 승화, 열분해 등에 의해 기체로서 제거할 수 있다. 또한, 열처리 온도에 따라서는 입자 표면에 갖는 수산기나, 원료에 유래하는 알콕시기나 카르복실산기 등을 탈리하여, 표면 결함이 많은 금속 화합물로 할 수 있다. 이 방법에 의해 제거할 수 있는 불순물로서는, 금속염, 금속 착체의 종류에 따라 상이하지만, 가수 분해 부생성물 등을 예로 들 수 있다. 통상, 열처리 온도는 400 내지 1200℃에서 행하여진다. 또한, 열처리 시간은, 원료로서 사용하는 금속염이나 금속 착체, 금속 화합물의 종류나 열처리 온도, 산소 농도에 따라 적절하게 시간을 결정할 수 있지만, 통상은 10분 내지 5시간이다. 또한, 열처리 시간은, 승온 및 강온의 시간을 포함한다. 소성 분위기는 특별히 제한은 없고, 통상, 대기 중, 불활성 가스 중, 혹은 감압 중에서 행하여진다. 소성 온도가 높아질수록, 또한 소성 시간이 길어질수록 금속 화합물의 결정성이 높아지지만, 비표면적이 작아진다. 최적 조건은, 그 균형으로 결정한다.Although heat processing is performed in order to improve the crystallinity of a metal compound, at the same time, impurities can be removed as a gas by evaporation, sublimation, thermal decomposition, or the like. Moreover, depending on the heat processing temperature, the hydroxyl group, the alkoxy group, the carboxylic acid group derived from a raw material, etc. which have on the surface of a particle | grain can be desorbed, and it can be set as the metal compound with many surface defects. Examples of the impurity that can be removed by this method include a hydrolysis by-product and the like, depending on the type of metal salt or metal complex. Usually, heat processing temperature is performed at 400-1200 degreeC. Moreover, although heat time can be suitably determined according to the metal salt, metal complex used as a raw material, the kind of metal compound, heat processing temperature, and oxygen concentration, it is 10 minutes-5 hours normally. In addition, the heat processing time includes the time of temperature rising and temperature decreasing. There is no restriction | limiting in particular in baking atmosphere, Usually, it is performed in air | atmosphere, inert gas, or under reduced pressure. The higher the firing temperature and the longer the firing time, the higher the crystallinity of the metal compound, but the smaller the specific surface area. Optimum conditions are decided by the balance.

또한, 금속 화합물의 종류와 열처리 온도에 따라서는, 전극 촉매를 구성하는 금속 원소의 가수(價數)를 열처리 전에 비해 크게 할 수 있다. 가수를 크게 함으로써, 촉매능이 향상되는 경향이 있기 때문에 바람직하다. 예를 들어 금속 화합물이 이산화니오븀인 경우에는, 온도 1000℃ 정도에서 열처리함으로써 오산화니오븀으로 변화한다.Moreover, depending on the kind of metal compound and heat processing temperature, the valence of the metal element which comprises an electrode catalyst can be made larger than before heat processing. It is preferable to increase the valence because the catalytic ability tends to be improved. For example, when a metal compound is niobium dioxide, it changes into niobium pentoxide by heat-processing about 1000 degreeC.

본 발명에 사용하는 전극 촉매의, 하기 측정법 (A)에 따라서 측정되는 산소 환원 개시 전위는, 가역 수소 전극을 기준으로서 바람직하게는 0.4V(vs.NHE) 이상이다.The oxygen reduction initiation potential measured according to the following measuring method (A) of the electrode catalyst used in the present invention is preferably 0.4 V (vs. NHE) or more based on the reversible hydrogen electrode.

〔측정법 (A):[Measurement Method (A):

전자 전도성 입자인 카본에 분산시킨 전극 촉매가 1중량%가 되도록 용제 중에 넣어, 초음파에 의해 교반하여 현탁액을 얻는다. 또한, 카본으로서는, 카본 블랙(비표면적: 100 내지 300㎡/g)(예를 들어 캐봇사제 XC-72)을 사용하여, 전극 촉매와 카본이 중량비로 95:5가 되도록 분산시킨다. 또한, 용제로서는, 이소프로필알코올:물(중량비)=2:1을 사용한다.It puts in a solvent so that the electrode catalyst disperse | distributed to the carbon which is an electron conductive particle may be 1 weight%, it stirs by ultrasonic waves, and a suspension is obtained. As carbon, carbon black (specific surface area: 100 to 300 m 2 / g) (for example, XC-72 manufactured by Cabot) is used to disperse the electrode catalyst and carbon in a weight ratio of 95: 5. In addition, isopropyl alcohol: water (weight ratio) = 2: 1 is used as a solvent.

상기 현탁액을 초음파를 가하면서 30μl를 채취하여, 재빠르게 글래시 카본 전극(직경: 5.2㎜) 상에 적하한다.30 microliters is extract | collected while applying the ultrasonic wave, and it is dripped rapidly on a glass carbon electrode (diameter: 5.2 mm).

적하 후, 120℃에서 1시간 건조한다. 건조함으로써 전극 촉매를 포함하는 층이 글래시 카본 전극 상에 형성된다.After dripping, it dries at 120 degreeC for 1 hour. By drying, a layer containing the electrode catalyst is formed on the glass carbon electrode.

계속해서 나피온[듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521)]을 순수에 의해 10배로 희석한 것을 10μl 더 적하한다. 이것을 120℃에서 1시간 건조한다.Subsequently, 10 microliters of what diluted Nafion [Dupont Inc. 5% Nafion solution (DE521)] 10 times with pure water is further dripped. This is dried at 120 ° C. for 1 hour.

이와 같이 하여, 얻어진 전극을 사용하여, 산소 분위기 및 질소 분위기에서 0.5mol/d㎥의 황산 용액 중, 30℃의 온도에서, 상기 농도의 황산 용액 중에서의 가역 수소 전극을 참조 전극으로 하고, 5㎷/초의 전위 주사 속도로 분극함으로써 전류-전위 곡선을 측정하였을 때의, 산소 분위기에서의 환원 전류와 질소 분위기에서의 환원 전류에 0.2㎂/㎠ 이상의 차가 나타나기 시작하는 전위를 산소 환원 개시 전위로 한다.〕In this way, using the obtained electrode, in a sulfuric acid solution of 0.5 mol / dm 3 in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere at a temperature of 30 ° C., a reversible hydrogen electrode in the sulfuric acid solution of the above concentration was used as a reference electrode. The potential at which a difference of 0.2 mA / cm &lt; 2 &gt; or more starts to appear in the reduction current in the oxygen atmosphere and the reduction current in the nitrogen atmosphere when the current-potential curve is measured by polarizing at a potential scanning speed of / sec is defined as the oxygen reduction start potential. ]

상기 산소 환원 개시 전위가 0.7V(vs.NHE) 미만이면, 상기 전극 촉매를 연료 전지의 캐소드용의 전극 촉매로서 사용하였을 때에 과산화수소가 발생하는 일이 있다. 또한 산소 환원 개시 전위는 0.85V(vs.NHE) 이상인 것이, 적절하게 산소를 환원하기 때문에 바람직하다. 또한, 산소 환원 개시 전위는 높을수록 바람직하고, 특별히 상한은 없지만, 이론값의 1.23V(vs.NHE)이다.When the oxygen reduction start potential is less than 0.7 V (vs. NHE), hydrogen peroxide may be generated when the electrode catalyst is used as an electrode catalyst for a cathode of a fuel cell. In addition, the oxygen reduction initiation potential is preferably 0.85 V (vs. NHE) or more, because oxygen is appropriately reduced. The higher the oxygen reduction initiation potential is, the more preferable and there is no upper limit, but the theoretical value is 1.23 V (vs. NHE).

상기 전극 촉매를 사용하여 형성된 본 발명의 촉매층은 산성 전해질 중에 있어서 0.4V(vs.NHE) 이상의 전위에서 사용되는 것이 바람직하고, 전위의 상한은, 전극의 안정성에 따라 결정되고, 산소가 발생하는 전위의 약 1.23V(vs.NHE)까지 사용 가능하다.The catalyst layer of the present invention formed using the electrode catalyst is preferably used at an electric potential of 0.4 V (vs. NHE) or higher in an acidic electrolyte, and the upper limit of the electric potential is determined by the stability of the electrode, and the potential at which oxygen is generated. Can be used up to about 1.23V (vs. NHE).

이 전위가 0.4V(vs.NHE) 미만인 경우, 금속 화합물의 안정성이라는 관점에서는 전혀 문제는 없지만, 산소를 적절하게 환원할 수 없어, 연료 전지에 포함되는 막 전극 접합체의 촉매층으로서의 유용성은 부족하다.If this potential is less than 0.4 V (vs. NHE), there is no problem at all from the viewpoint of the stability of the metal compound, but oxygen cannot be appropriately reduced, and the usefulness of the membrane electrode assembly included in the fuel cell is insufficient as a catalyst layer.

본 발명의 촉매층에는, 전자 전도성 입자를 더 포함하는 것이 바람직하다. 전극 촉매를 포함하는 촉매층에 전자 전도성 입자를 더 포함하면 환원 전류를 높일 수 있다. 전자 전도성 입자, 전극 촉매에, 전기 화학적 반응을 유도하기 위한 전기적 접점을 발생시키기 위해, 환원 전류를 높일 수 있다.It is preferable that the catalyst layer of this invention contains an electron conductive particle further. If the electronic conductive particles are further included in the catalyst layer including the electrode catalyst, the reduction current may be increased. In order to generate an electrical contact for inducing an electrochemical reaction to the electron conductive particles and the electrode catalyst, the reduction current can be increased.

상기 전자 전도성 입자는 통상, 전극 촉매의 담체로서 사용된다.The said electron conductive particle is normally used as a support | carrier of an electrode catalyst.

전자 전도성 입자로서는, 탄소, 도전성 고분자, 도전성 세라믹스, 금속 또는 산화텅스텐 혹은 산화이리듐 등의 도전성 무기 산화물을 예로 들 수 있고, 그들을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 탄소는 비표면적이 크기 때문에, 탄소 단독 또는 탄소와 그 밖의 전자 전도성 입자와의 혼합물이 바람직하다. 전극 촉매와, 탄소를 포함하는 촉매층은 환원 전류를 보다 높일 수 있다.Examples of the electron conductive particles include carbon, conductive polymers, conductive ceramics, metals or conductive inorganic oxides such as tungsten oxide or iridium oxide, and these may be used alone or in combination. In particular, since carbon has a large specific surface area, carbon alone or a mixture of carbon and other electron conductive particles is preferable. The electrode catalyst and the catalyst layer containing carbon can further increase the reduction current.

탄소로서는, 카본 블랙, 그래파이트, 흑연, 활성탄, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 풀러렌 등을 사용할 수 있다. 카본의 입경은, 지나치게 작으면 전자 전도 경로가 형성되기 어려워지고, 또한 지나치게 크면 촉매층의 가스 확산성이 저하되거나, 촉매의 이용률이 저하되는 경향이 있기 때문에, 10 내지 1000㎚의 범위인 것이 바람직하고, 10 내지 100㎚의 범위인 것이 보다 바람직하다.As carbon, carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, fullerenes and the like can be used. When the particle diameter of carbon is too small, it becomes difficult to form an electron conduction path, and when too large, the gas diffusivity of a catalyst layer tends to fall or the utilization rate of a catalyst falls, It is preferable that it is the range of 10-1000 nm, It is more preferable that it is the range of 10-100 nm.

도전성 고분자로서는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리-p-페닐렌, 폴리아닐린, 폴리알킬아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리인돌, 폴리-1,5-디아미노안트라퀴논, 폴리아미노디페닐, 폴리(o-페닐렌디아민), 폴리(퀴놀리늄)염, 폴리피리딘, 폴리퀴녹살린, 폴리페닐퀴녹살린 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜이 바람직하고, 폴리피롤이 보다 바람직하다.The conductive polymer is not particularly limited, but for example, polyacetylene, poly-p-phenylene, polyaniline, polyalkylaniline, polypyrrole, polythiophene, polyindole, poly-1,5-diaminoanthraquinone and polyaminodi Phenyl, poly (o-phenylenediamine), poly (quinolinium) salt, polypyridine, polyquinoxaline, polyphenylquinoxaline and the like. Among these, polypyrrole, polyaniline and polythiophene are preferable, and polypyrrole is more preferable.

전자 전도성 입자가 탄소인 경우, 상기 전극 촉매와 탄소와의 중량비(전극 촉매: 전자 전도성 입자)는, 바람직하게는 80:20 내지 1000:1이다.When the electron conductive particles are carbon, the weight ratio (electrode catalyst: electron conductive particles) of the electrode catalyst and carbon is preferably 80:20 to 1000: 1.

또한, 본 발명의 촉매층에는 통상, 전해질로서 고분자 전해질 또는 도전성 고분자를 더 포함한다.In addition, the catalyst layer of the present invention usually further contains a polymer electrolyte or a conductive polymer as an electrolyte.

고분자 전해질로서는, 촉매층에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 술폰산기를 갖는 퍼플루오로카본 중합체[예를 들어, 나피온(듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521) 등)], 술폰산기를 갖는 탄화수소계 고분자 화합물, 인산 등의 무기산을 도프시킨 고분자 화합물, 일부가 프로톤 전도성의 관능기로 치환된 유기/무기 하이브리드 중합체, 고분자 매트릭스에 인산 용액이나 황산 용액을 함침시킨 프로톤 전도체 등을 예로 들 수 있다. 이들 중에서도, 나피온[듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521)]이 바람직하다.The polymer electrolyte is not particularly limited as long as it is generally used in the catalyst layer. Specifically, polymers doped with inorganic acids such as perfluorocarbon polymers having sulfonic acid groups (for example, Nafion (5% Nafion solution (DE521) from DuPont), hydrocarbon-based high molecular compounds having sulfonic acid groups, phosphoric acid) Examples of the compound include an organic / inorganic hybrid polymer in which a part of the functional group is replaced by a proton conductive functional group, a proton conductor in which the polymer matrix is impregnated with a phosphoric acid solution or a sulfuric acid solution. Among these, Nafion (Dupont's 5% Nafion solution (DE521)) is preferable.

도전성 고분자로서는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리-p-페닐렌, 폴리아닐린, 폴리알킬아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리인돌, 폴리-1,5-디아미노안트라퀴논, 폴리아미노디페닐, 폴리(o-페닐렌디아민), 폴리(퀴놀리늄)염, 폴리피리딘, 폴리퀴녹살린, 폴리페닐퀴녹살린 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜이 바람직하고, 폴리피롤이 보다 바람직하다.The conductive polymer is not particularly limited, but for example, polyacetylene, poly-p-phenylene, polyaniline, polyalkylaniline, polypyrrole, polythiophene, polyindole, poly-1,5-diaminoanthraquinone and polyaminodi Phenyl, poly (o-phenylenediamine), poly (quinolinium) salt, polypyridine, polyquinoxaline, polyphenylquinoxaline and the like. Among these, polypyrrole, polyaniline and polythiophene are preferable, and polypyrrole is more preferable.

본 발명의 촉매층은, 높은 산소 환원능을 갖고, 산성 전해질 중에 있어서 고전위이어도 부식되기 어려운 전극 촉매를 포함하기 때문에, 연료 전지의 캐소드에 형성되는 촉매층(캐소드용 촉매층)으로서 유용하다. 특히 고체 고분자형 연료 전지가 구비하는 막 전극 접합체의 캐소드에 형성되는 촉매층에 적절하게 사용된다.The catalyst layer of the present invention is useful as a catalyst layer (cathode catalyst layer) formed on the cathode of a fuel cell because the catalyst layer has a high oxygen reduction ability and contains an electrode catalyst that is hard to corrode even in a high potential in an acidic electrolyte. In particular, it is used suitably for the catalyst layer formed in the cathode of the membrane electrode assembly with which a solid polymer fuel cell is equipped.

상기 전극 촉매를, 담체인 상기 전자 전도성 입자 상에 분산시키는 방법으로서는, 기류 분산, 액 중 분산 등의 방법을 예로 들 수 있다. 액 중 분산은, 용매중에 전극 촉매 및 전자 전도성 입자를 분산한 것을, 촉매층 형성 공정에 사용할 수 있기 때문에 바람직하다. 액 중 분산으로서는, 오리피스 수축 흐름에 의한 방법, 회전 전단 흐름에 의한 방법 또는 초음파에 의한 방법 등을 예로 들 수 있다. 액 중 분산시, 사용되는 용매는, 전극 촉매나 전자 전도성 입자를 침식하는 일이 없어, 분산할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없지만, 휘발성의 액체 유기 용매 또는 물 등이 일반적으로 사용된다.As a method of disperse | distributing the said electrode catalyst on the said electroconductive particle which is a support | carrier, methods, such as airflow dispersion and dispersion in a liquid, are mentioned, for example. Dispersion in a liquid is preferable since the electrode catalyst and the electron conductive particles dispersed in the solvent can be used in the catalyst layer forming step. As dispersion in a liquid, the method by an orifice contraction flow, the method by a rotary shear flow, the method by an ultrasonic wave, etc. are mentioned, for example. The solvent used at the time of dispersion in a liquid does not corrode an electrode catalyst and an electron conductive particle, and if it can disperse, there will be no restriction | limiting in particular, A volatile liquid organic solvent, water, etc. are generally used.

또한, 전극 촉매를, 상기 전자 전도성 입자 상에 분산시킬 때, 또한 상기 전해질과 분산제를 동시에 분산시켜도 된다.Moreover, when dispersing an electrode catalyst on the said electroconductive particle, you may disperse | distribute the said electrolyte and a dispersing agent simultaneously.

촉매층의 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 상기 전극 촉매와 전자 전도성 입자와 전해질을 포함하는 현탁액을, 후술하는 전해질막 또는 가스 확산층에 도포하는 방법을 들 수 있다. 상기 도포하는 방법으로서는, 디핑법, 스크린 인쇄법, 롤 코팅법, 스프레이법 등을 예로 들 수 있다. 또한, 상기 전극 촉매와 전자 전도성 입자와 전해질을 포함하는 현탁액을, 도포법 또는 여과법에 의해 기재에 촉매층을 형성한 후, 전사법으로 전해질막에 촉매층을 형성하는 방법을 예로 들 수 있다.Although there is no restriction | limiting in particular as a formation method of a catalyst layer, For example, the method of apply | coating the suspension containing the said electrode catalyst, electron conductive particle, and electrolyte to the electrolyte membrane or gas diffusion layer mentioned later is mentioned. Examples of the coating method include a dipping method, a screen printing method, a roll coating method, a spray method, and the like. Moreover, the method of forming a catalyst layer in an electrolyte membrane by the transfer method after forming a catalyst layer in a base material by the coating method or the filtration method of the suspension containing the said electrode catalyst, an electron conductive particle, and an electrolyte is mentioned, for example.

[용도][Usage]

본 발명의 막 전극 접합체는, 캐소드와 애노드와 상기 캐소드 및 애노드 사이에 배치된 전해질막을 갖는 막 전극 접합체이며, 상기 캐소드가, 전술한 촉매층을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.The membrane electrode assembly of the present invention is a membrane electrode assembly having a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode, wherein the cathode has the catalyst layer described above.

전해질막으로서는, 예를 들어, 퍼플루오로술폰산계를 사용한 전해질막 또는 탄화수소계 전해질막 등이 일반적으로 사용되지만, 고분자 미세 다공막에 액체 전해질을 함침시킨 막 또는 다공질체에 고분자 전해질을 충전시킨 막 등을 사용해도 된다.As the electrolyte membrane, for example, an electrolyte membrane or a hydrocarbon electrolyte membrane using a perfluorosulfonic acid system or the like is generally used, but a membrane in which a polymer electrolyte is impregnated with a membrane or a porous body in which a polymer electrolyte is impregnated with a polymer electrolyte is filled. Etc. may be used.

상기 캐소드는 통상 촉매층과 가스 확산층으로 형성되어 있다.The cathode is usually formed of a catalyst layer and a gas diffusion layer.

가스 확산층으로서는, 전자 전도성을 갖고, 가스의 확산성이 높고, 내식성이 높은 것이면 무엇이어도 상관없지만, 일반적으로는 카본 페이퍼, 카본 클로스 등의 탄소계 다공질 재료나, 경량화를 위해 스테인리스, 내식재를 피복한 알루미늄박이 사용된다.As the gas diffusion layer, any material can be used as long as it has electron conductivity, high gas diffusivity, and high corrosion resistance, but is generally coated with carbon-based porous materials such as carbon paper and carbon cloth, and stainless steel and corrosion resistant materials for weight reduction. One aluminum foil is used.

또한 본 발명의 연료 전지는, 상기 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.Moreover, the fuel cell of this invention is provided with the said membrane electrode assembly. It is characterized by the above-mentioned.

연료 전지의 전극 반응은 소위 3상 계면(전해질-전극 촉매-반응 가스)에서 일어난다. 연료 전지는, 사용되는 전해질 등의 차이에 의해 수종류로 분류되어, 용융 탄산염형(MCFC), 인산형(PAFC), 고체 산화물형(SOFC), 고체 고분자형(PEFC) 등이 있다. 그 중에서도 본 발명의 막 전극 접합체는, 고체 고분자형 연료 전지에 사용하는 것이 바람직하다.The electrode reaction of the fuel cell takes place at the so-called three-phase interface (electrolyte-electrode catalyst-reaction gas). Fuel cells are classified into several types according to differences in electrolytes and the like, and there are molten carbonate type (MCFC), phosphoric acid type (PAFC), solid oxide type (SOFC), and solid polymer type (PEFC). Especially, it is preferable to use the membrane electrode assembly of this invention for a solid polymer fuel cell.

<실시예><Examples>

이하에, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되지 않는다.Although an Example demonstrates this invention further in detail below, this invention is not limited to these Examples.

〔실시예 1〕EXAMPLE 1

(전극 촉매의 제조)(Production of Electrode Catalyst)

티타늄(IV) 테트라부톡시드, 단량체(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 에탄올(와꼬쥰야꾸제) 100ml에 용해하였다. 교반을 행하면서, 이온 교환수 1.3ml를 적하하였다. 그 후, 1시간 교반을 계속하였다. 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 고형분을 100ml의 이온 교환수로 세정한 후, 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 이 세정, 감압 여과의 조작을 5회 반복하였다.5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were dissolved in 100 ml of ethanol (wako Pure Chemical Industries, Ltd.). While stirring, 1.3 ml of ion-exchanged water was added dropwise. Thereafter, stirring was continued for 1 hour. Filtration under reduced pressure gave solid content. After wash | cleaning solid content with 100 ml of ion-exchange water, it filtered under reduced pressure and obtained solid content. This washing and filtration under reduced pressure were repeated five times.

고형분을 알루미나제 도가니에 넣어, 120℃에서 1시간 건조하였다. 얻어진 산화티타늄(IV)을, 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.Solid content was put into the alumina crucible and it dried at 120 degreeC for 1 hour. The obtained titanium oxide (IV) was heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 600℃Firing temperature: 600 ℃

소성 시간(유지 시간): 2시간Firing time (holding time): 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 산화티타늄(IV) 1.2g을 회수하였다. 또한, 회수한 산화티타늄(IV)을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (1)을 얻었다.After the heat treatment, the mixture was naturally cooled to recover 1.2 g of titanium (IV) oxide. Further, the recovered titanium (IV) was caused to be sufficiently pulverized to give an electrode catalyst (1).

(연료 전지용 전극의 제조)(Manufacture of Electrode for Fuel Cell)

산소 환원능의 측정은, 다음과 같이 행하였다. 얻어진 전극 촉매 (1) 0.095g과 카본(캐봇사제 XC-72) 0.005g을 이소프로필알코올:순수=2:1의 중량비로 혼합한 용액 10g에 넣어, 초음파에 의해 교반, 현탁하여 혼합하였다. 이것을 글래시 카본 전극(직경: 5.2㎜)에 30μl 도포하고, 120℃에서 1시간 건조하였다. 나피온(등록 상표)[듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521)]을 10배로 순수에 의해 희석한 것의 10μl를 더 도포하고, 120℃에서 1시간 건조하여 연료 전지용 전극 (1)을 얻었다.The oxygen reduction ability was measured as follows. 0.095 g of the obtained electrode catalyst (1) and 0.005 g of carbon (XC-72 manufactured by Cabot) were added to 10 g of a mixed solution in a weight ratio of isopropyl alcohol: pure water = 2: 1, and the mixture was stirred and suspended by ultrasonic waves. 30 microliters of this were apply | coated to the glass carbon electrode (diameter: 5.2 mm), and it dried at 120 degreeC for 1 hour. 10 μl of a diluted Nafion (Dupont Inc. 5% Nafion solution (DE521)) with 10 times of pure water was further applied, and dried at 120 ° C. for 1 hour to obtain a fuel cell electrode (1).

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

이와 같이 하여 제작한 연료 전지용 전극 (1)의 촉매능(산소 환원능)을 이하의 방법으로 평가하였다.The catalytic performance (oxygen reduction capacity) of the fuel cell electrode 1 thus produced was evaluated by the following method.

우선, 제작한 연료 전지용 전극 (1)을, 산소 분위기 및 질소 분위기에서, 0.5mol/d㎥의 황산 용액 중, 30℃, 5㎷/초의 전위 주사 속도로 분극하여, 전류-전위 곡선을 측정하였다. 그때, 상기 농도의 황산 용액 중에서의 가역 수소 전극을 참조 전극으로 하였다.First, the produced fuel cell electrode 1 was polarized in a sulfuric acid solution of 0.5 mol / dm 3 in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere at 30 ° C. and a potential scan rate of 5 mA / sec to measure a current-potential curve. . In that case, the reversible hydrogen electrode in the sulfuric acid solution of the said concentration was made into the reference electrode.

상기 측정 결과로부터, 산소 분위기에서의 환원 전류와 질소 분위기에서의 환원 전류에 0.2㎂/㎠ 이상 차이가 나타나기 시작하는 전위를 산소 환원 개시 전위로 하고, 양자의 차이를 산소 환원 전류로 하였다.From the measurement results, the potential at which a difference of 0.2 mA / cm &lt; 2 &gt; or more started to appear in the reduction current in the oxygen atmosphere and the reduction current in the nitrogen atmosphere was taken as the oxygen reduction start potential, and the difference between them was taken as the oxygen reduction current.

이 산소 환원 개시 전위 및 산소 환원 전류에 의해 제작한 연료 전지용 전극 (1)의 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.The catalytic performance (oxygen reduction ability) of the fuel cell electrode 1 produced by this oxygen reduction start potential and oxygen reduction current was evaluated.

즉, 산소 환원 개시 전위가 높을수록, 또한 산소 환원 전류가 클수록 연료 전지용 전극 (1)의 촉매능(산소 환원능)이 높은 것을 나타낸다.In other words, the higher the oxygen reduction initiation potential and the larger the oxygen reduction current, the higher the catalytic capability (oxygen reduction ability) of the fuel cell electrode 1.

도 1에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.1 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 1에서 제작한 연료 전지용 전극 (1)은, 산소 환원 개시 전위가 0.8V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.It was found that the electrode 1 for a fuel cell produced in Example 1 had a high oxygen reduction ability at an oxygen reduction initiation potential of 0.8 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

리껜게이끼(주)제 광전자 분광 장치 MODEL AC-2를 사용하여, 얻어진 전극 촉매 (1)의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다. 상세한 측정 방법은 이하와 같다.The ionization potential of the obtained electrode catalyst (1) was measured using the photoelectron spectroscopy MODEL AC-2 manufactured by Ryuge Geiki. The obtained ionization potential is shown in Table 1. The detailed measuring method is as follows.

측정 장치의 샘플대의 자외선 조사 부분에, 스패튤러에 의해, 얻어진 전극 촉매 (1)을 전면에 깔아 측정하였다. 하기 측정 조건으로, 자외선의 여기 에너지를 4.5 내지 5.7eV로, 낮은 쪽으로부터 높은 쪽을 향하여 스캔하였다. 또한, 전극 촉매에 따라서는, 4.5 내지 5.7eV에 광전자 방출이 시작되는 임계치가 구해지지 않는 경우가 있다. 이 경우는, 측정 범위를 최저 3.4eV 내지 최대 6.2eV 사이에서 변화시켜 스캔하였다.The electrode catalyst 1 obtained was spread | covered on the whole surface by the spatula in the ultraviolet irradiation part of the sample stand of the measuring apparatus, and it measured. Under the following measurement conditions, the excitation energy of ultraviolet rays was scanned from 4.5 to 5.7 eV from the lower side to the higher side. Also, depending on the electrode catalyst, the threshold at which photoelectron emission starts may not be found at 4.5 to 5.7 eV. In this case, the measurement range was scanned by changing between a minimum of 3.4 eV and a maximum of 6.2 eV.

설정 광량: 500㎻Set light quantity: 500㎻

계수 시간: 15초Counting time: 15 seconds

스캔 간격: 0.1eVScan interval: 0.1 eV

이때 방출되는 광전자를 계측하여, 종축에 규격화 광전자 수율(Yield^n), 횡축에 여기 에너지(eV)로 하여 그래프를 작성하였다. 여기서 규격화 광전자 수율(Yield^n)이라 함은, 단위 광량당의 광전자 수율의 n승을 말한다. n의 값은 0.5로 하였다. 전자 방출이 시작될 때까지의 여기 에너지와 전자 방출이 시작된 후의 여기 에너지를 상기 측정 장치로 측정하였다. 얻어진 그래프를 도 32에 나타낸다. 상기 그래프로부터, 광전자 방출이 시작되는 임계치를 산출하고, 상기 임계치를 이온화 포텐셜로 하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.At this time, the photoelectrons emitted were measured, and a graph was prepared with standardized photoelectron yield (Yield ^ n) on the vertical axis and excitation energy (eV) on the horizontal axis. The standardized photoelectron yield Yield ^ n herein refers to the n power of the photoelectron yield per unit light amount. The value of n was made into 0.5. The excitation energy until the start of electron emission and the excitation energy after the start of electron emission were measured with the measuring device. The obtained graph is shown in FIG. From the graph, the threshold at which photoelectron emission starts is calculated and the threshold is defined as the ionization potential. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

리가꾸 뎅끼 가부시끼가이샤제 로터 플렉스를 사용하여, 얻어진 전극 촉매 (1)의 X선 회절을 행하였다. 도 2에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 아나타제형의 산화티타늄인 것을 알았다.The X-ray diffraction of the obtained electrode catalyst (1) was performed using the rotor flex made by Rigaku Denki Co., Ltd .. 2, the XRD spectrum of a sample is shown. It was found that it was titanium oxide of the anatase type.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

시마즈 세이사꾸쇼 가부시끼가이샤제 마이크로메리틱스 제미니 2360을 사용하여 전극 촉매 (1)의 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area of the electrode catalyst (1) was measured using the Micromeritics Gemini 2360 made from Shimadzu Corporation.

전극 촉매 (1)의 비표면적은 7.3㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 1 was 7.3 m 2 / g.

〔실시예 2〕EXAMPLE 2

(전극 촉매의 제조)(Production of Electrode Catalyst)

2-에틸헥산산 니오븀(IV)(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 에탄올(와꼬쥰야꾸제) 100ml에 용해하였다. 충분히 교반하면서, 물에 의해 5배로 희석한 25% 수산화 테트라메틸암모늄 11ml를 적하 깔때기를 사용하여 매분 (0.2)ml의 속도로 첨가하였다. 그 후, 5시간 교반을 계속하였다. 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 고형분을 100ml의 이온 교환수로 세정한 후, 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 이 세정, 여과의 조작을 5회 반복하였다.5.0 g of niobium (IV) 2-ethylhexanoate (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 100 ml of ethanol (wako Pure Chemical Industries, Ltd.). While stirring sufficiently, 11 ml of 25% tetramethylammonium hydroxide diluted 5 times with water was added at the rate of (0.2) ml per minute using the dropping funnel. Thereafter, stirring was continued for 5 hours. Filtration under reduced pressure gave solid content. After wash | cleaning solid content with 100 ml of ion-exchange water, it filtered under reduced pressure and obtained solid content. This washing and filtration were repeated five times.

고형분을 알루미나제 도가니에 넣어, 120℃에서 1시간 건조하여 가수 분해물 0.94g을 얻었다. 그 후, 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (2)를 얻었다.Solid content was put into the alumina crucible, and it dried at 120 degreeC for 1 hour, and obtained 0.94 g of hydrolyzate. Thereafter, pulverization was sufficiently carried out by induction to obtain an electrode catalyst (2).

(연료 전지용 전극의 제조)(Manufacture of Electrode for Fuel Cell)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (2)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (2)를 얻었다.A fuel cell electrode 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 2 was used instead of the electrode catalyst 1.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (2)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 2 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 3에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.3 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 2에서 제작한 연료 전지용 전극 (2)는, 산소 환원 개시 전위가 0.9V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.It was found that the fuel cell electrode 2 produced in Example 2 had a high oxygen reduction capacity at an oxygen reduction initiation potential of 0.9 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (2)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (2) was used instead of the electrode catalyst (1). The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (2)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였지만, 비정질로 동정할 수 없었다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 2 was used instead of the electrode catalyst 1, but could not be identified as amorphous.

반응이 가수 분해 반응인 것과 수량으로부터 수산화니오븀(IV)이라 추정하였다.The reaction was estimated to be niobium hydroxide (IV) from the hydrolysis reaction and the yield.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (2)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (2) was used instead of the electrode catalyst (1).

전극 촉매 (2)의 비표면적은 21㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst (2) was 21 m 2 / g.

〔실시예 3〕EXAMPLE 3

실시예 2에 있어서 얻어진 전극 촉매 (2)를, 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.The electrode catalyst 2 obtained in Example 2 was heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 1000℃Firing temperature: 1000 ℃

소성 시간: 2시간Firing time: 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 오산화니오븀(V) 1.0g을 회수하였다. 또한, 회수한 오산화니오븀(V)을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (3)을 얻었다.After heat treatment, natural cooling was performed to recover 1.0 g of niobium pentoxide (V). Further, the recovered niobium pentoxide (V) was sufficiently pulverized to cause the electrode catalyst (3).

(연료 전지용 전극의 제조)(Manufacture of Electrode for Fuel Cell)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (3)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (3)을 얻었다.A fuel cell electrode 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 3 was used instead of the electrode catalyst 1.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (3)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 3 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 4에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.4 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 3에서 제작한 연료 전지용 전극 (3)은, 산소 환원 개시 전위가 1.0V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.It was found that the fuel cell electrode 3 produced in Example 3 had a high oxygen reduction capacity at an oxygen reduction initiation potential of 1.0 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (3)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (3) was used instead of the electrode catalyst (1). The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (3)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였다. 도 5에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 단사정의 오산화니오븀(V)인 것을 알았다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (3) was used instead of the electrode catalyst (1). 5, the XRD spectrum of a sample is shown. It was found that it was monoclinic niobium pentoxide (V).

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (3)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 3 was used instead of the electrode catalyst 1.

전극 촉매 (3)의 비표면적은 4.6㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 3 was 4.6 m 2 / g.

〔실시예 4〕EXAMPLE 4

실시예 2에 있어서 얻어진 전극 촉매 (2)를, 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.The electrode catalyst 2 obtained in Example 2 was heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 800℃Firing temperature: 800 ℃

소성 시간: 2시간Firing time: 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 니오븀 산화물 1.0g을 회수하였다. 또한, 회수한 오산화니오븀(V)을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (4)를 얻었다.After heat treatment, natural cooling was performed to recover 1.0 g of niobium oxide. Further, the recovered niobium pentoxide (V) was sufficiently pulverized to cause an electrode catalyst (4).

(연료 전지용 전극의 제조)(Manufacture of Electrode for Fuel Cell)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (4)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (4)를 얻었다.A fuel cell electrode 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 4 was used instead of the electrode catalyst 1.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (4)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 4 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 6에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.6 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 4에서 제작한 연료 전지용 전극 (4)는, 산소 환원 개시 전위가 0.9V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.The fuel cell electrode 4 produced in Example 4 was found to exhibit high oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.9 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (4)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 4 was used instead of the electrode catalyst 1. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (4)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였다. 도 7에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 사방정의 니오븀 산화물인 것을 알았다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (4) was used instead of the electrode catalyst (1). In FIG. 7, the XRD spectrum of a sample is shown. It was found that it was a niobium oxide of a tetragonal crystal.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (4)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 4 was used instead of the electrode catalyst 1.

전극 촉매 (4)의 비표면적은 5.8㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 4 was 5.8 m 2 / g.

〔실시예 5〕[Example 5]

실시예 2에 있어서 얻어진 전극 촉매 (2)를, 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.The electrode catalyst 2 obtained in Example 2 was heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 600℃Firing temperature: 600 ℃

소성 시간: 2시간Firing time: 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 오산화니오븀(V) 1.0g을 회수하였다. 또한, 회수한 니오븀 산화물을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (4)를 얻었다.After heat treatment, natural cooling was performed to recover 1.0 g of niobium pentoxide (V). Further, the recovered niobium oxide was sufficiently pulverized to induce the electrode catalyst (4).

(연료 전지용 전극의 제조)(Manufacture of Electrode for Fuel Cell)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (5)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (5)를 얻었다.A fuel cell electrode 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 5 was used instead of the electrode catalyst 1.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (5)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 5 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 8에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.8 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 5에서 제작한 연료 전지용 전극 (5)는, 산소 환원 개시 전위가 0.8V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.The fuel cell electrode 5 produced in Example 5 was found to exhibit high oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.8 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (5)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 5 was used instead of the electrode catalyst 1. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (5)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였다. 도 9에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 사방정의 니오븀 산화물인 것을 알았다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (5) was used instead of the electrode catalyst (1). 9, the XRD spectrum of a sample is shown. It was found that it was a niobium oxide of a tetragonal crystal.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (5)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 5 was used instead of the electrode catalyst 1.

전극 촉매 (5)의 비표면적은 31.4㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 5 was 31.4 m 2 / g.

〔실시예 6〕EXAMPLE 6

(전극 촉매의 제조)(Production of Electrode Catalyst)

85% 지르코늄(IV) 부톡시드 1-부탄올 용액(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 에탄올(와꼬쥰야꾸제) 20ml에 용해하였다. 충분히 교반하면서, 물 0.96ml를 적하 깔때기를 사용하여 매분 (0.2)ml의 속도로 첨가하였다. 그 후, 1시간 교반을 계속하였다. 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 고형분을 100ml의 이온 교환수로 세정한 후, 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 이 세정, 여과의 조작을 5회 반복하였다.5.0 g of 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 20 ml of ethanol (wako Pure Chemical Industries, Ltd.). While stirring sufficiently, 0.96 ml of water was added using a dropping funnel at a rate of (0.2) ml each minute. Thereafter, stirring was continued for 1 hour. Filtration under reduced pressure gave solid content. After wash | cleaning solid content with 100 ml of ion-exchange water, it filtered under reduced pressure and obtained solid content. This washing and filtration were repeated five times.

고형분을 알루미나제 도가니에 넣어, 120℃에서 1시간 건조하여 가수 분해물을 얻었다. 얻어진 가수 분해물을, 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.Solid content was put into the alumina crucible, and it dried at 120 degreeC for 1 hour, and obtained the hydrolyzate. The obtained hydrolyzate was sufficiently pulverized by induction and heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 1000℃Firing temperature: 1000 ℃

소성 시간(유지 시간): 2시간Firing time (holding time): 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 산화지르코늄(IV) 1.3g을 회수하였다. 또한, 회수한 지르코늄 산화물을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (6)을 얻었다.After heat treatment, 1.3 g of zirconium oxide (IV) was recovered by natural cooling. Further, the recovered zirconium oxide was sufficiently pulverized to cause the electrode catalyst (6).

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (6)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 6 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 10에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.10 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 6에서 제작한 연료 전지용 전극 (6)은, 산소 환원 개시 전위가 0.8V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.It was found that the fuel cell electrode 6 produced in Example 6 exhibited high oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.8 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (6)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 6 was used instead of the electrode catalyst 1. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (6)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였다. 도 11에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 단사정의 지르코늄 산화물인 것을 알았다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 6 was used instead of the electrode catalyst 1. 11 shows the XRD spectrum of the sample. It was found that it was monoclinic zirconium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (6)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 6 was used instead of the electrode catalyst 1.

전극 촉매 (6)의 비표면적은 6.7㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 6 was 6.7 m 2 / g.

〔실시예 7〕EXAMPLE 7

(전극 촉매의 제조)(Production of Electrode Catalyst)

니오븀(V) 에폭시드(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 에탄올(와꼬쥰야꾸제) 30ml에 용해하였다. 충분히 교반하면서, 물 1.5ml를 적하 깔때기를 사용하여 매분 (0.1)ml의 속도로 첨가하였다. 그 후, 1시간 교반을 계속하였다. 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 고형분을 100ml의 이온 교환수로 세정한 후, 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 이 세정, 여과의 조작을 5회 반복하였다.5.0 g of niobium (V) epoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 30 ml of ethanol (wako Pure Chemical Industries, Ltd.). While stirring sufficiently, 1.5 ml of water was added at a rate of (0.1) ml each minute using a dropping funnel. Thereafter, stirring was continued for 1 hour. Filtration under reduced pressure gave solid content. After wash | cleaning solid content with 100 ml of ion-exchange water, it filtered under reduced pressure and obtained solid content. This washing and filtration were repeated five times.

고형분을 알루미나제 도가니에 넣어, 120℃에서 1시간 건조하여 가수 분해물을 얻었다. 얻어진 가수 분해물을, 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.Solid content was put into the alumina crucible, and it dried at 120 degreeC for 1 hour, and obtained the hydrolyzate. The obtained hydrolyzate was sufficiently pulverized by induction and heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 800℃Firing temperature: 800 ℃

소성 시간(유지 시간): 2시간Firing time (holding time): 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 오산화니오븀(V) 2.1g을 회수하였다. 또한, 회수한 니오븀 산화물을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (7)을 얻었다.After heat treatment, natural cooling was performed to recover 2.1 g of niobium pentoxide (V). Further, the recovered niobium oxide was sufficiently pulverized with the induction to obtain an electrode catalyst (7).

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (7)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 7 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 12에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.12 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 7에서 제작한 연료 전지용 전극 (7)은, 산소 환원 개시 전위가 0.8V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.The fuel cell electrode 7 produced in Example 7 was found to exhibit high oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.8 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (7)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (7) was used instead of the electrode catalyst (1). The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (7)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였다. 도 13에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 단사정의 니오븀 산화물인 것을 알았다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst (7) was used instead of the electrode catalyst (1). In FIG. 13, the XRD spectrum of a sample is shown. It was found that it was monoclinic niobium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (7)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 7 was used instead of the electrode catalyst 1.

전극 촉매 (7)의 비표면적은 6.3㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 7 was 6.3 m 2 / g.

〔실시예 8〕[Example 8]

(전극 촉매의 제조)(Production of Electrode Catalyst)

오염화니오븀(NbCl5)(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 에탄올(와꼬쥰야꾸제) 50ml에 용해하였다. 충분히 교반하면서, 1mol/lNaOH 용액 93ml를 적하 깔때기를 사용하여 매분 (0.1)ml의 속도로 첨가하였다. 그 후, 1시간 교반을 계속하였다. 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 고형분을 100ml의 이온 교환수로 세정한 후, 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 이 세정, 여과의 조작을 5회 반복하였다.5.0 g of niobium pentachloride (NbCl 5 ) (made by Wakoku Yakku) was dissolved in 50 ml of ethanol (made by Wakoku Yakku). With sufficient stirring, 93 ml of 1 mol / l NaOH solution was added at a rate of (0.1) ml each minute using a dropping funnel. Thereafter, stirring was continued for 1 hour. Filtration under reduced pressure gave solid content. After wash | cleaning solid content with 100 ml of ion-exchange water, it filtered under reduced pressure and obtained solid content. This washing and filtration were repeated five times.

고형분을 알루미나제 도가니에 넣어, 120℃에서 1시간 건조하여 가수 분해물을 얻었다. 얻어진 가수 분해물을, 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.Solid content was put into the alumina crucible, and it dried at 120 degreeC for 1 hour, and obtained the hydrolyzate. The obtained hydrolyzate was sufficiently pulverized by induction and heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 800℃Firing temperature: 800 ℃

소성 시간(유지 시간): 2시간Firing time (holding time): 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 니오븀 산화물 2.4g을 회수하였다. 또한, 회수한 니오븀 산화물을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (8)을 얻었다.After heat treatment, natural cooling was performed to recover 2.4 g of niobium oxide. Further, the recovered niobium oxide was sufficiently pulverized to generate an electrode catalyst (8).

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (8)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 8 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 14에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.14 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 8에서 제작한 연료 전지용 전극 (8)은, 산소 환원 개시 전위가 0.9V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.The fuel cell electrode 8 produced in Example 8 was found to exhibit high oxygen reduction capacity at an oxygen reduction initiation potential of 0.9 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (8)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 8 was used instead of the electrode catalyst 1. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (8)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였다. 도 15에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 단사정의 니오븀 산화물인 것을 알았다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 8 was used instead of the electrode catalyst 1. 15 shows the XRD spectrum of the sample. It was found that it was monoclinic niobium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (8)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 8 was used instead of the electrode catalyst 1.

전극 촉매 (8)의 비표면적은 8.5㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 8 was 8.5 m 2 / g.

〔실시예 9〕EXAMPLE 9

(전극 촉매의 제조)(Production of Electrode Catalyst)

오염화니오븀(NbCl5)(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 에탄올(와꼬쥰야꾸제) 50ml에 용해하였다. 충분히 교반하면서, 1mol/lNaOH 용액 93ml를 적하 깔때기를 사용하여 매분 (0.1)ml의 속도로 첨가하였다. 그 후, 1시간 교반을 계속하였다. 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 고형분을 100ml의 이온 교환수로 세정한 후, 감압 여과를 행하여 고형분을 얻었다. 이 세정, 여과의 조작을 5회 반복하였다.5.0 g of niobium pentachloride (NbCl 5 ) (made by Wakoku Yakku) was dissolved in 50 ml of ethanol (made by Wakoku Yakku). With sufficient stirring, 93 ml of 1 mol / l NaOH solution was added at a rate of (0.1) ml each minute using a dropping funnel. Thereafter, stirring was continued for 1 hour. Filtration under reduced pressure gave solid content. After wash | cleaning solid content with 100 ml of ion-exchange water, it filtered under reduced pressure and obtained solid content. This washing and filtration were repeated five times.

고형분을 알루미나제 도가니에 넣어, 120℃에서 1시간 건조하여 가수 분해물을 얻었다. 얻어진 가수 분해물을, 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, 공기를 50NL/분의 유량으로 흘리면서 하기 조건에서 열처리하였다.Solid content was put into the alumina crucible, and it dried at 120 degreeC for 1 hour, and obtained the hydrolyzate. The obtained hydrolyzate was sufficiently pulverized by induction and heat-treated under the following conditions while flowing air at a flow rate of 50 NL / min in an electric furnace (table muffle KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.).

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 600℃Firing temperature: 600 ℃

소성 시간(유지 시간): 2시간Firing time (holding time): 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 니오븀 산화물 2.4g을 회수하였다. 또한, 회수한 니오븀 산화물을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 전극 촉매 (9)를 얻었다.After heat treatment, natural cooling was performed to recover 2.4 g of niobium oxide. Further, the recovered niobium oxide was sufficiently pulverized to cause the electrode catalyst (9).

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

연료 전지용 전극 (1) 대신에 연료 전지용 전극 (9)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 산소 환원능의 평가를 행하였다.The oxygen reduction ability was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 9 was used instead of the fuel cell electrode 1.

도 16에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.16 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 9에서 제작한 연료 전지용 전극 (9)는, 산소 환원 개시 전위가 0.8V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.The fuel cell electrode 9 produced in Example 9 was found to exhibit high oxygen reduction capacity at an oxygen reduction initiation potential of 0.8 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (9)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.The ionization potential was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 9 was used instead of the electrode catalyst 1. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (9)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 X선 회절을 행하였다. 도 17에, 시료의 XRD 스펙트럼을 나타낸다. 사방정의 니오븀 산화물인 것을 알았다.X-ray diffraction was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 9 was used instead of the electrode catalyst 1. In FIG. 17, the XRD spectrum of a sample is shown. It was found that it was a niobium oxide of a tetragonal crystal.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

전극 촉매 (1) 대신에 전극 촉매 (9)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 BET 비표면적을 측정하였다.The BET specific surface area was measured in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst 9 was used instead of the electrode catalyst 1.

전극 촉매 (9)의 비표면적은 26㎡/g이었다.The specific surface area of the electrode catalyst 9 was 26 m 2 / g.

〔비교예 1〕[Comparative Example 1]

(전극의 제작)(Production of electrode)

실시예 1에 있어서, 전극 촉매 (1)을 오산화니오븀(Nb2O5)의 분말(고쥰도 가가꾸제, 순도 99.9%)로 한 것 이외에는, 마찬가지로 하여 전극을 제작하였다.For Example 1, except that the electrocatalyst (1) to the niobium pentoxide (Nb 2 O 5) of powder (Fig. Gojyun Kagaku claim, purity 99.9%), an electrode was produced in the same manner.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 환원능의 평가를 행하였다.In the same manner as in Example 1, the oxygen reduction ability was evaluated.

도 18에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.18 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

이 제작한 전극은, 산소 환원 개시 전위가 0.3V(vs.NHE)로, 낮은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.This produced electrode was found to exhibit low oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.3 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 오산화니오븀(Nb2O5)의 분말(고쥰도 가가꾸제, 순도 99.9%)의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.In the same manner as in Example 1, the ionization potential of the powder of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) (a high-density powder, 99.9% purity) was measured. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 오산화니오븀(Nb2O5)의 분말(고쥰도 가가꾸제, 순도 99.9%)의 X선 회절을 행하였다.In the same manner as in Example 1, X-ray diffraction was performed on a powder of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) (manufactured by High Chemical, Inc., purity of 99.9%).

도 19에, 오산화이니오븀 분말(고쥰도 가가꾸제, 순도 99.9%)의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.In FIG. 19, the XRD spectrum of the indium niobium pentoxide powder (high degree of gauze, purity 99.9%) is shown.

오산화이니오븀 분말(고쥰도 가가꾸제, 순도 99.9%)은 사방정인 것을 알았다.It was found that the niobium pentoxide powder (a high-density Kagaku product, purity 99.9%) was tetragonal.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 오산화니오븀(Nb2O5)의 분말의 BET 비표면적을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) powder was measured.

오산화니오븀(Nb2O5)의 분말의 BET 비표면적은 5.5㎡/g이었다.The BET specific surface area of the powder of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) was 5.5 m 2 / g.

〔비교예 2〕[Comparative Example 2]

(전극의 제작)(Production of electrode)

실시예 1에 있어서, 전극 촉매 (1)을 산화티타늄(TiO2)의 분말(쇼와 덴꼬 가부시끼가이샤제, 슈퍼 티타니아 F1)로 한 것 이외에는, 마찬가지로 하여 전극을 제작하였다.For Example 1, except that the electrocatalyst (1) to the powder (Showa Denko whether or sikki manufactured claim, Super Titania F1) of titanium oxide (TiO 2), an electrode was produced in the same manner.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 환원능의 평가를 행하였다.In the same manner as in Example 1, the oxygen reduction ability was evaluated.

도 20에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.20 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

이 제작한 전극은, 산소 환원 개시 전위가 0.3V(vs.NHE)로, 낮은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.This produced electrode was found to exhibit low oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.3 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산화티타늄(TiO2)의 분말(쇼와 덴꼬 가부시끼가이샤제, 슈퍼 티타니아 F1)의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.In the same manner as in Example 1, the ionization potential of the powder of titanium oxide (TiO 2 ) (manufactured by Showa Denko Co., Ltd., Super Titania F1) was measured. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산화티타늄(TiO2)의 분말(쇼와 덴꼬 가부시끼가이샤제, 슈퍼 티타니아 F1)의 X선 회절을 행하였다.In the same manner as in Example 1, X-ray diffraction was performed on a powder of titanium oxide (TiO 2 ) (manufactured by Showa Denko Co., Ltd., Super Titania F1).

도 21에, 산화티타늄(TiO2)의 분말(쇼와 덴꼬 가부시끼가이샤제, 슈퍼 티타니아 F1의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.In Figure 21, the powder of titanium oxide (TiO 2) (Showa Denko whether or sikki manufactured Claim shows the XRD spectrum of the super-titania F1.

산화티타늄(TiO2)의 분말(쇼와 덴꼬 가부시끼가이샤제, 슈퍼 티타니아 F1)은, 아나타제체와 루틸체의 혼합물인 것을 알았다.It was found that the powder of titanium oxide (TiO 2 ) (manufactured by Showa Denko Co., Ltd., Super Titania F1) was a mixture of an anatase body and a rutile body.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산화티타늄(TiO2)의 분말의 BET 비표면적을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area of the powder of titanium oxide (TiO 2 ) was measured.

산화티타늄(TiO2)의 분말의 BET 비표면적은 21㎡/g이었다.The BET specific surface area of the powder of titanium oxide (TiO 2 ) was 21 m 2 / g.

〔비교예 3〕(Comparative Example 3)

(금속 산화물의 제조)(Production of Metal Oxides)

사염화티타늄(TiCl4) 용액(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 알루미나제 도가니에 넣어, 전기로(가부시끼가이샤 덴켄제 탁상 머플로 KDF P90) 중에서, N2를 50NL/분의 유량으로 흘리면서, 하기 조건에서 열처리하였다.5.0 g of a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was put in a crucible made of alumina, and N 2 was flown in an electric furnace (table muffle furnace KDF P90 manufactured by Denken Co., Ltd.) at a flow rate of 50 NL / min. Heat treatment at

승온 속도: 20℃/분Temperature rise rate: 20 ℃ / min

소성 온도: 600℃Firing temperature: 600 ℃

소성 시간: 2시간Firing time: 2 hours

열처리 후, 자연 냉각하여 티타늄 산화물 1.6g을 회수하였다. 또한, 회수한 티타늄 산화물을 유발로 충분히 해쇄를 행하여 금속 산화물 전극 촉매를 얻었다.After heat treatment, 1.6 g of titanium oxide was recovered by natural cooling. Further, the recovered titanium oxide was sufficiently pulverized to give a metal oxide electrode catalyst.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 환원능의 평가를 행하였다.In the same manner as in Example 1, the oxygen reduction ability was evaluated.

도 22에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.22 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

이 제작한 전극은, 산소 환원 개시 전위가 0.3V(vs.NHE)로, 낮은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.This produced electrode was found to exhibit low oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.3 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 티타늄 산화물의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.In the same manner as in Example 1, the ionization potential of titanium oxide was measured. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 티타늄 산화물의 X선 회절을 행하였다.In the same manner as in Example 1, X-ray diffraction of titanium oxide was performed.

도 23에, 티타늄 산화물의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.23 shows the XRD spectrum of titanium oxide.

티타늄 산화물은, 루틸형의 산화티타늄인 것을 알았다.It was found that the titanium oxide was rutile titanium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 티타늄 산화물 분말의 BET 비표면적을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area of the titanium oxide powder was measured.

티타늄 산화물 분말의 BET 비표면적은 9.7㎡/g이었다.The BET specific surface area of the titanium oxide powder was 9.7 m 2 / g.

〔비교예 4〕(Comparative Example 4)

(금속 산화물의 제조)(Production of Metal Oxides)

비교예 3에 있어서, 사염화티타늄(TiCl4) 용액(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 오염화니오븀(NbCl5)(와꼬쥰야꾸제) 5.0g으로 하고, 소성 온도를 600℃ 대신에 1000℃로 한 것 이외에는, 마찬가지로 하여 니오븀 산화물 2.4g을 회수하였다. 또한, 니오븀 산화물을 유발로 해쇄하였다.In Comparative Example 3, 5.0 g of a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) solution (wakokuyakuje) was made 5.0 g of niobium chloride (NbCl 5 ) (wakokuyaku) and the firing temperature was set to 1000 ° C instead of 600 ° C. In the same manner, 2.4 g of niobium oxide was recovered. In addition, niobium oxide was pulverized by induction.

(전극의 제작)(Production of electrode)

실시예 1에 있어서, 금속 산화물 전극 촉매 (1)을 상기 해쇄한 니오븀 산화물로 한 것 이외에는 마찬가지로 하여 전극을 제작하였다.In Example 1, the electrode was produced similarly except having made the metal oxide electrode catalyst 1 into the pulverized niobium oxide.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 환원능의 평가를 행하였다.In the same manner as in Example 1, the oxygen reduction ability was evaluated.

도 24에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.24 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

이 제작한 전극은, 산소 환원 개시 전위가 0.3V(vs.NHE)로, 낮은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.This produced electrode was found to exhibit low oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.3 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.In the same manner as in Example 1, the ionization potential of niobium oxide was measured. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물의 X선 회절을 행하였다.In the same manner as in Example 1, X-ray diffraction of niobium oxide was performed.

도 25에, 니오븀 산화물의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.25 shows the XRD spectrum of niobium oxide.

니오븀 산화물은, 단사정계의 니오븀 산화물인 것을 알았다.Niobium oxide was found to be monoclinic niobium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물 분말의 BET 비표면적을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area of niobium oxide powder was measured.

니오븀 산화물 분말의 BET 비표면적은 1.9㎡/g이었다.The BET specific surface area of niobium oxide powder was 1.9 m 2 / g.

〔비교예 5〕(Comparative Example 5)

(금속 산화물의 제조)(Production of Metal Oxides)

비교예 3에 있어서, 사염화티타늄(TiCl4) 용액(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 오염화니오븀(NbCl5)(와꼬쥰야꾸제) 5.0g으로 하고, 소성 온도를 600℃ 대신에 800℃로 한 것 이외에는, 마찬가지로 하여 니오븀 산화물 2.4g을 회수하였다. 또한, 니오븀 산화물을 유발로 해쇄하였다.In Comparative Example 3, 5.0 g of a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) solution (wakokuyaku) was made 5.0 g of niobium chloride (NbCl 5 ) (wakokuyaku) and the firing temperature was 800 ° C instead of 600 ° C. In the same manner, 2.4 g of niobium oxide was recovered. In addition, niobium oxide was pulverized by induction.

(전극의 제작)(Production of electrode)

실시예 1에 있어서, 금속 산화물 전극 촉매 (1)을 상기 해쇄한 니오븀 산화물로 한 것 이외에는 마찬가지로 하여 전극을 제작하였다.In Example 1, the electrode was produced similarly except having made the metal oxide electrode catalyst 1 into the pulverized niobium oxide.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 환원능의 평가를 행하였다.In the same manner as in Example 1, the oxygen reduction ability was evaluated.

도 26에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.26 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

이 제작한 전극은, 산소 환원 개시 전위가 0.3V(vs.NHE)로, 낮은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.This produced electrode was found to exhibit low oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.3 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.In the same manner as in Example 1, the ionization potential of niobium oxide was measured. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물의 X선 회절을 행하였다.In the same manner as in Example 1, X-ray diffraction of niobium oxide was performed.

도 27에, 니오븀 산화물의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.27, the XRD spectrum of niobium oxide is shown.

니오븀 산화물은, 사방정계의 니오븀 산화물인 것을 알았다.Niobium oxide was found to be a tetragonal niobium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물 분말의 BET 비표면적을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area of niobium oxide powder was measured.

니오븀 산화물 분말의 BET 비표면적은 2.9㎡/g이었다.The BET specific surface area of niobium oxide powder was 2.9 m 2 / g.

〔비교예 6〕(Comparative Example 6)

(금속 산화물의 제조)(Production of Metal Oxides)

비교예 3에 있어서, 사염화티타늄(TiCl4) 용액(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 오염화니오븀(NbCl5)(와꼬쥰야꾸제) 5.0g으로 한 것 이외에는, 마찬가지로 하여 니오븀 산화물 2.4g을 회수하였다. 또한, 니오븀 산화물을 유발로 해쇄하였다.In Comparative Example 3, 2.4 g of niobium oxide was recovered in the same manner except that 5.0 g of a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) solution (wakokukuku) was made 5.0 g of niobium chloride (NbCl 5 ) (wakokuku). In addition, niobium oxide was pulverized by induction.

(전극의 제작)(Production of electrode)

실시예 1에 있어서, 금속 산화물 전극 촉매 (1)을 상기 해쇄한 니오븀 산화물로 한 것 이외에는 마찬가지로 하여 전극을 제작하였다.In Example 1, the electrode was produced similarly except having made the metal oxide electrode catalyst 1 into the pulverized niobium oxide.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 환원능의 평가를 행하였다.In the same manner as in Example 1, the oxygen reduction ability was evaluated.

도 28에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.28 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

이 제작한 전극은, 산소 환원 개시 전위가 0.3V(vs.NHE)로, 낮은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.This produced electrode was found to exhibit low oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.3 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.In the same manner as in Example 1, the ionization potential of niobium oxide was measured. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물의 X선 회절을 행하였다.In the same manner as in Example 1, X-ray diffraction of niobium oxide was performed.

도 29에, 니오븀 산화물의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.29 shows the XRD spectrum of niobium oxide.

니오븀 산화물은, 사방정계의 니오븀 산화물과 단사정형의 니오븀 산화물의 혼합물인 것을 알았다.Niobium oxide was found to be a mixture of a tetragonal niobium oxide and a monoclinic niobium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 니오븀 산화물 분말의 BET 비표면적을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area of niobium oxide powder was measured.

니오븀 산화물 분말의 BET 비표면적은 5.1㎡/g이었다.The BET specific surface area of niobium oxide powder was 5.1 m 2 / g.

〔비교예 7〕(Comparative Example 7)

(금속 산화물의 제조)(Production of Metal Oxides)

비교예 3에 있어서, 사염화티타늄(TiCl4) 용액(와꼬쥰야꾸제) 5.0g을 사염화지르코늄(ZrCl4)(와꼬쥰야꾸제) 5.0g으로 하고, 소성 온도를 600℃ 대신에 1000℃로 한 것 이외에는, 마찬가지로 하여 지르코늄 산화물 2.6g을 회수하였다. 또한, 지르코늄 산화물을 유발로 해쇄하였다.In Comparative Example 3, 5.0 g of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) solution (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was set to 5.0 g of zirconium tetrachloride (ZrCl 4 ) (made by Wako Pure Chemical Industries), and the firing temperature was changed to 1000 ° C. instead of 600 ° C. In the same manner, 2.6 g of zirconium oxide was recovered. In addition, zirconium oxides were disintegrated by induction.

(전극의 제작)(Production of electrode)

실시예 1에 있어서, 금속 산화물 전극 촉매 (1)을 상기 해쇄한 지르코늄 산화물로 한 것 이외에는 마찬가지로 하여 전극을 제작하였다.In Example 1, the electrode was produced similarly except having made the metal oxide electrode catalyst 1 into the above-mentioned disintegrated zirconium oxide.

(산소 환원능의 평가)(Evaluation of Oxygen Reduction Capacity)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 환원능의 평가를 행하였다.In the same manner as in Example 1, the oxygen reduction ability was evaluated.

도 30에, 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.30 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

이 제작한 전극은, 산소 환원 개시 전위가 0.3V(vs.NHE)로, 낮은 산소 환원능을 나타내는 것을 알았다.This produced electrode was found to exhibit low oxygen reduction capacity with an oxygen reduction initiation potential of 0.3 V (vs. NHE).

(이온화 포텐셜)(Ionization potential)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 지르코늄 산화물의 이온화 포텐셜을 측정하였다. 얻어진 이온화 포텐셜을 표 1에 나타낸다.In the same manner as in Example 1, the ionization potential of the zirconium oxide was measured. The obtained ionization potential is shown in Table 1.

(X선 회절)(X-ray diffraction)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 지르코늄 산화물의 X선 회절을 행하였다.In the same manner as in Example 1, X-ray diffraction of zirconium oxide was performed.

도 31에, 지르코늄 산화물의 XRD 스펙트럼을 나타낸다.31 shows the XRD spectrum of the zirconium oxide.

지르코늄 산화물은, 단사정계의 지르코늄 산화물인 것을 알았다.It was found that the zirconium oxide is a monoclinic zirconium oxide.

(BET 비표면적 측정)(BET specific surface area measurement)

실시예 1과 마찬가지로 하여, 지르코늄 산화물 분말의 BET 비표면적을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area of the zirconium oxide powder was measured.

지르코늄 산화물 분말의 BET 비표면적은 1.6㎡/g이었다.The BET specific surface area of the zirconium oxide powder was 1.6 m 2 / g.

Figure pct00002
Figure pct00002

Claims (14)

금속염 또는 금속 착체를 가수 분해하여 얻어지는 금속 화합물로 형성되는 전극 촉매를 포함하는 촉매층.A catalyst layer comprising an electrode catalyst formed of a metal compound obtained by hydrolyzing a metal salt or a metal complex. 제1항에 있어서, 상기 전극 촉매를 구성하는 금속 원소는, 니오븀, 티타늄, 탄탈 및 지르코늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속 원소인 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to claim 1, wherein the metal element constituting the electrode catalyst is one metal element selected from the group consisting of niobium, titanium, tantalum and zirconium. 제1항에 있어서, 상기 전극 촉매를 구성하는 금속 원소가 니오븀 또는 티타늄인 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to claim 1, wherein the metal element constituting the electrode catalyst is niobium or titanium. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 촉매가 분말인 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode catalyst is a powder. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속염은, 금속 알콕시드, 금속 카르복실산염 및 금속 할로겐화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속염인 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal salt is one metal salt selected from the group consisting of metal alkoxides, metal carboxylates and metal halides. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 촉매의 BET 비표면적이 1 내지 1000㎡/g의 범위인 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to any one of claims 1 to 5, wherein the BET specific surface area of the electrode catalyst is in the range of 1 to 1000 m 2 / g. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 촉매의 이온화 포텐셜이 4.9 내지 5.5eV의 범위인 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to any one of claims 1 to 6, wherein the ionization potential of the electrode catalyst is in the range of 4.9 to 5.5 eV. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 촉매는, 상기 금속 화합물을 해쇄함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to any one of claims 1 to 7, wherein the electrode catalyst is obtained by disintegrating the metal compound. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 촉매는, 상기 금속 화합물을 열처리함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode catalyst is obtained by heat treatment of the metal compound. 제9항에 있어서, 상기 열처리에 있어서, 열처리 온도가 400 내지 1200℃인 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to claim 9, wherein in the heat treatment, the heat treatment temperature is 400 to 1200 ° C. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 전도성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매층.The catalyst layer according to any one of claims 1 to 10, further comprising electron conductive particles. 캐소드와, 애노드와, 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 배치되는 전해질막을 갖는 막 전극 접합체이며,
상기 캐소드는, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 촉매층을 갖는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.
A membrane electrode assembly having a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode,
The said cathode has the catalyst layer in any one of Claims 1-11, The membrane electrode assembly characterized by the above-mentioned.
제12항에 기재된 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 12. 제13항에 있어서, 고체 고분자형 연료 전지인 것을 특징으로 하는 연료 전지.The fuel cell according to claim 13, wherein the fuel cell is a solid polymer fuel cell.
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JP2012017490A (en) * 2010-07-06 2012-01-26 Sumitomo Chemical Co Ltd Electrode catalyst

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9826940D0 (en) * 1998-12-09 1999-02-03 Johnson Matthey Plc Electrode
DE10211701A1 (en) * 2002-03-16 2003-09-25 Studiengesellschaft Kohle Mbh Production of catalyst, e.g. for hydrogenation, oxidation or fuel cell electrocatalyst, involves hydrolysis and condensation of sub-group metal salt(s) in basic aqueous solution and in situ immobilization of oxide nanoparticles on support
JP4395292B2 (en) 2002-08-30 2010-01-06 三菱重工業株式会社 Fuel cell electrode catalyst, fuel cell and fuel cell system
JP2005063677A (en) 2003-08-11 2005-03-10 Nitto Denko Corp Fuel cell
JP4969025B2 (en) * 2004-01-30 2012-07-04 三菱重工業株式会社 Membrane electrode for fuel cell and fuel cell
JP2006086037A (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Nissan Motor Co Ltd Electrocatalyst for fuel cell and electrocatalyst layer for fuel cell using it
JP4940421B2 (en) * 2005-01-17 2012-05-30 国立大学法人東京工業大学 Oxide composite material, method for producing the same, electrochemical device, and catalyst containing oxide composite material
KR100951345B1 (en) * 2005-02-18 2010-04-08 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스, 인코포레이티드 Oxidation resistant electrode for fuel cell
TWI314919B (en) * 2005-02-28 2009-09-21 Showa Denko Kk Fine particulate titanium dioxide, and production process and uses thereof
JP2006299388A (en) * 2005-04-25 2006-11-02 Nippon Oil Corp Method for producing porous titanium-titanium composite body
JP5109130B2 (en) * 2005-08-19 2012-12-26 国立大学法人 東京大学 Proton conductive hybrid material and catalyst layer for fuel cell using the same
US8663866B2 (en) * 2006-03-13 2014-03-04 E I Du Pont De Nemours And Company Stable proton exchange membranes and membrane electrode assemblies

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